城镇污水处理厂提标改造工程及运行

于川，崔明

（天津市生态环境监测中心，天津 300000）

0 引言

天津市某污水处理厂设计污水处理能力为45万m3/d，收水范围广，水量充足且占比高，其进水水质特征可在一定程度上代表天津市生活污水基本特征。尾水排入附近排水河，出水水质满足国标一级B，污水处理采用强化生物脱氮除磷工艺，污泥处理使用二级中温厌氧消化工艺，经浓缩、消化、脱水、干化处理后外运处置。2015年9月25日，天津市出台了新地标，需对该污水处理厂进行工艺技术革新，将出水水质由国标一级B标准提升到新地标A标准。考虑该污水处理厂地处环城发展核心区域，周边已建成大型居住区，为减轻污水处理厂运行过程产生的污染物影响周边居民的生活，结合提标要求，对其实施迁址重建和水质提标。

1 工程概况

提标改造前某污水处理厂采用“初沉池+强化脱氮生物池（BNR工艺）+二沉池+加氯消毒”工艺。一级处理构筑物主要包括进水泵房、粗格栅、细格栅、旋流沉砂池及初沉池；二级处理构筑物主要包括BNR生物反应池、二沉池等；消毒及出水构筑物包括接触消毒池及加氯间、出水泵房。污泥处理工艺分为两部分：第一部分采用“重力浓缩+厌氧消化+机械脱水+污泥干化”工艺；第二部分采用“机械浓缩+机械脱水+污泥干化”工艺，除臭措施采用CYYF全过程除臭工艺。进出水水质情况见表1。

表1 该城镇污水处理厂原进出水水质情况（单位：mg/L）

2 原工程问题分析

（1）污水厂收水范围内水量日趋扩大，日进水水量波动较大，会对现行运行工艺造成冲击，对稳定运行造成一定的影响。

（2）由于污水厂收水范围内水量日趋扩大及部分工业污水的接入，致使污水中工业水比例增大（约为总水量的10%），NH3-N、TN浓度偏高，进水B/C的平均值为0.35、B/N的平均值为3.07偏低。实际进水各项指标每天均有较大波动，对污水厂运行造成一定的冲击，近年来工业污水占比加剧，增加了处理难度，而NH3-N、TN指标偏高说明是该区域污染企业长时间、稳定的排污造成的。因此出水水质不能满足新地标要求。

3 提标改造后工艺流程

该污水处理厂迁建提标改造后污水处理工艺流程情况如下：

（1）污水首先通过粗细格栅和沉砂池去除污水中较大的悬浮物和无机砂粒，进而通过初沉池去部分SS。

（2）经过速沉池的污水进入生物反应池，在每一段生物池中依次发生硝化反应、反硝化反应、厌氧释磷反应及好氧氧化及吸磷反应，反应池整体污泥浓度维持在较高水平，从而在相同池体体积前提下，可降低有机负荷，从而提高生物处理效率。

（3）反应池最终出水进入矩形周进周出二沉池，该种形式的二沉池具有形状规则、占地较小、表面负荷大，排泥浓度高等特点。混合液在二沉池中进行泥水分离，分离后的污水重力流入深度处理单元（反硝化生物滤池、高密度澄清池、V型滤池和臭氧催化氧化池），污泥则进入污泥处理单元。

（4）为保证出水TN达标，在二沉池后设置反硝化生物滤池，这是一种占地小、且具有良好TN处理能力的工艺单元。在反硝化生物滤池后设高密度澄清池，通过投加混凝药剂和辅助物料后，进一步去除水中的SS和磷。在高密度澄清池后设置V型滤池，将其作为本工艺流程的对SS的最终保障措施。经过滤后的污水进入臭氧催化氧化池，通过臭氧的高效处理能力，去除污水中的残余COD，并降低污水的色度，使之满足标准的出水要求。最后处理水通过紫外消毒后进入外排泵站，通过泵站提升后排入附近排污河。

（5）生化池剩余污泥及初沉污泥通过污泥泵排入污泥储泥池，而后与经过预浓缩的化学污泥混合，通过带式浓缩脱水一体机对混合污泥进行浓缩及脱水，脱水后的泥饼通过车辆外运至污泥处理厂。脱水后的污水自流至厂内下水管道，回至粗格栅前端，再次进入污水处理系统中进行处理。

4 提标改造后稳定达标分析

该污水处理厂经过迁建提标改造后能够在近期收水范围与现状一致的情况下提升出水水质至新地标A标准，由表2污水处理厂稳定运行后的检测数据可以看出，出水水质优于新地标A排放标准，水质良好，能够达到达标排放。对于污水处理厂是否能够长期做到达标排放，需要时刻关注其动态变化对出水水质影响，而动态变化可以用数理统计的方法进行分析，研究表明，污水处理厂的出水水质基本服从对数正态分布规律[1-6]。为进一步论证某污水处理厂提标改造后出水水质的稳定性，对该污水处理厂提标改造后在线监测数据进行统计分析。

迁建提标改造后污水处理厂出水水质中COD去除率均值由92.00%提升至96.71%，BOD5去除率均值由95.75%提升至97.21%，SS去除率均值由93.33%提升至100.00%，TP去除率均值由86.19%提升至99.60%，NH3-N去除率均值由97.61%提升至99.57%，TN去除率均值由68.67%提升至83.68%。

表2 提标改造后实测进出水水质统计表

图1 提标改造后出水污染物直方图与概率分布图

由出水水质数据的频数分布直方图可以看出某污水处理厂的出水水质数据服从对数正态分布曲线。目前，稳定达标没有明确的定义，但它可以在一定程度上反应污水处理厂系统的可靠性，从而得出出水水质出现超标的可能性，Niku[1]在1979年提出了可靠性系数的概念，并被推荐为污水处理设计取值的依据[7]，其公式如下所示：

式中：mx为运行的出水平均值；ΧS为出水标准值；COR为可靠性系数。

在Niku的研究基础上，Oliveira[8]提出了用于对污水处理厂处理工艺的可靠度计算方法如下：

式中：Z1-a为分位数；m′x为实际出水值；CV为变异系数。

经计算得出COD、NH3-N、TN、TP的变异系数分别为：0.219、1.670、0.156、0.960；出水标准分别为：30mg/L、3.0mg/L、10mg/L、0.3mg/L；以实际出水最大值代表实际出水值，分别为：25.13mg/L、1.49mg/L、9.9mg/L、0.22mg/L，带入上式计算得Z1-α分别为：0.926、1.182、0.133、0.777，查标准正态分布表，相应得出1-α分别等于0.82、0.88、0.55、0.78。说明该污水处理厂在保证运行条件一致的基础上，出水实际值为本次在线监测数据最大值的情况下，出水COD达到30mg/L的可靠度是82%，即可保证80%的稳定达标，同理NH3-N、TP、TN稳定达标率分别为88%、55%、78%，结果表明，该污水处理厂COD、NH3-N、TP基本可以做到稳定达标，运行过程需特别注意出水TN达标情况。

5 提标改造工程效益分析

本迁建提标改造项目投资219349万元，2019年10月正式稳定投产运行。提标改造工程的实施，其设计思路可为其他污水处理厂提标工艺选择提供借鉴，首先要充分考虑污水处理厂的进水水量和水质特性，结合现状处理工艺，针对性提出现存问题及提标改造设计重点，在节约占地、成本等基础上，尽量选择对现有工艺进行技术革新或增设深度处理工艺设施，原则上以水质特性及提标的重点优化二级处理工艺或匹配深度处理工艺。该污水处理厂为大型污水处理基础设施，存在收水范围逐渐扩增，工业废水的接入比例不断上升的趋势，而这也是绝大部分大型污水处理厂所面临的问题，这种现象会使得进水水质NH3-N、TN浓度偏高，而实际反硝化环境控制难度较大，碳源明显不足，不利于反硝化反应过程，脱氮则为提标改造的重点，对于进水中有机物必须优化考虑脱氮需要，因此，会对生物除磷效果将会带来影响，进而必须考虑化学辅助除磷。

该污水处理厂迁建提标改造工程的实施，在环境效益上可以进一步改善所在区域受纳水体的水环境质量，削减水污染物排放量，其中COD消减量为4380t/a，氨氮消减量为859t/a；在社会效益上，可进一步提高基础设施水平，促进区域经济发展，提高所在区域的环境质量水平，改善本区的农业灌溉用水水质，保障农业和人民用水安全。

6 结论

工程经迁建提标改造后，主体工艺为采用多级AO工艺，外加碳源，提升脱氮除磷能力，同时增设三级处理工艺，进一步去除SS和有机物、强化脱氮除磷效果，保障出水水质。经改造后出水主要污染物COD、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP去除率较改造前分别提升4.71%、1.46%、6.67%、1.97%、15.02%、13.41%，脱氮除磷效果明显，出水水质优于改造前，能够满足更加严格的新地标排放标准，改造工程合理可行。该工艺运行稳定，处理效果良好，可改善周边水环境质量，同时可为其他污水处理厂提标改造工程提供参考。